隧道洞口仰坡开裂处理方案探讨

时间：2024-05-17

罗发胜闵娟曾永军

（广东省长大公路工程有限公司，广东广州 511431）

1 工程背景简介及基本资料

二广高速公路某隧道是一座上、下行合建的高速公路六车道连拱隧道，位于广东省怀集县。隧道起讫桩号K107+968.5～K108+293.51，总长325.01m，隧道建筑限界净宽14m，净高5m(单洞)。进出口设计标高分别为87.217m和87.530m，隧道最大埋深约83.06m。

隧道平面线型为曲线，曲线半径为R=1688.16，路面超高横坡为单向坡2%。纵面线型为人字坡，进口纵坡I=+2.205%，出口纵坡I2=-2.000%，变坡点桩号K108+130。

地层岩性主要为寒武系中统高滩组变质粉砂岩及其风化层，洞身及进口端岩层产状：走向NW329°～352°，倾向 SW329°～262°∠32°～42°；出口端岩层产状：走向 NW307°～314°，倾向SW217°～244°∠31°～34°。岩层走向与隧道轴线交角在 32°～35°之间。

2 隧道进口端仰坡开裂情况

隧道进口端洞口段K107+968.5～K107+988.5设计为Ⅴ级围岩，端墙式洞门。当时采用双侧壁导坑法从出口端掘进施工（侧壁导坑已贯通），下台阶施工至K107+984，上台阶施工至K107+978.5。开挖至此，掌子面围岩的岩性为强风化变质砂岩，多组裂隙、节理交错发育，围岩结构破碎，呈散体-碎裂状结构，泥质物与炭质物充填其中，富含裂隙水。根据掌子面情况，决定封闭掌子面改变掘进方向，从进口端开挖。

右线进口端仰坡陡峭，地表覆盖层较薄（见地表覆盖层厚度情况一览表）：

当开挖至K107+973掌子面时，发现侧壁导坑临时支护以及进口端仰坡地表出现裂缝，地表裂缝最大宽度为1.5cm，长度约为15m，侧壁导坑临时支护左侧自拱顶而下长约1.5m，裂缝宽约3mm左右。立即停止开挖施工，封闭掌子面，对仰坡和围岩进行观测，并用砂浆封闭仰坡裂缝，以免地表水渗入而导致仰坡裂缝进一步发展。

3 监控量测情况

当天地表下沉值为6mm，侧壁导坑临时支护拱顶下沉1mm，两天后地表沉降达最大值10mm/d，四天累积沉降值23mm，拱顶下沉并无明显变化，六天后监测数据显示仰坡地表下沉趋于稳定，当日地表下沉最大值为1mm，拱顶下沉为1mm。根据监测结果，决定继续上导坑开挖，施工遵循“弱爆破，短进尺，强支护”的原则，为减少对周边围岩的影响，采取周边眼打眼不装药的方案进行开挖，在初期支护达到一定强度时，再进行下一循环施工。开挖过程中严密监控初期支护外观、拱顶下沉、周边收敛及地表下沉情况。九天后地表下沉监测数据再次出现异常，累积沉降值到55mm（预留沉降值100mm），Uo/3≤U≤2Uo/3(Uo为最大允许位移值，即预留沉降值)，需采取相关加固措施，停止施工。

4 开裂原因分析

4.1 工程地质和水文地质因素

掌子面围岩的岩性为强风化变质砂岩，属于不良地质，隧道从这些岩体中通过时，处理不当，可能发生大塌方。岩层走向与隧道轴线交角在32°～35°之间，多组裂隙、节理交错发育，小交角加之节理裂隙发育，施工过程容易造成拱顶掉块和坍方。围岩结构破碎，呈散体-碎裂状结构，岩体松散，稳定性较差。泥质物与炭质物充填其中，且富含裂隙水，软弱结构面中的孔隙水压力减小结构面上的正应力，裂隙水会冲走充填物或使夹层液化，岩体结构面的抗滑稳定性降低，在裂隙水的物理化学作用下，掌子面的软岩强度降低很明显，小交角加之裂隙水交错，形成控制性滑移面，富水破裂带易产生隧道坍方冒顶。

4.2 施工因素

开挖进尺太大，应控制在0.5m；开挖和立架时间太长，初期支护不及时，超过了围岩的自稳时间；超前小导管支护，导管长度不够，不能达到有效临时支护的目的，注浆不饱满，浆液扩散半径不够，裂隙水封堵不实；喷射砼厚度不够或有空洞，不能保证与开挖面密贴，充填围岩裂隙；施工爆破所取参数不正确，周边眼装药量过大，爆破后不正确找顶。

5 处理方案

仰坡开裂后，为防止长管棚导向墙被推出，立即组织人员对对洞口段K107+968.5～K107+975已安装的钢拱架增设长4m，Ф22药卷锚杆，@25×25cm钢筋网进行加固，并用Ф200mm钢管斜撑顶住长管棚导向墙，经观察，裂缝没有发展迹象。经施工单位、监理、业主和设计单位一致研究决定，在掌子面前后20m范围，对拱顶120°夹角区域进行小导管注浆加固处理，同时对已完成的拱架拱脚增设注浆小导管锁脚进行加固。注浆20天后，监测数据显示仰坡和围岩处于稳定状态，初期支护稳定，进行试探性开挖，监测数据无异常，现已安全贯通。

5.1 未开挖段拱部围岩小导管注浆加固

5.1.1 工艺程序

施工准备→初期支护→喷射混凝土封闭掌子面→钻孔→打入小导管→注浆→开挖进尺。

5.1.2 施工准备

小导管采用外径42mm，壁厚4.0mm热轧无缝钢管，管壁钻6mm压浆孔，尾部1m不设压浆孔。小导管施工时，钢管以7～100外插角打入围岩，钢管环向间距40cm，小导管应保持1.0m的搭接长度。注浆材料采用单液注浆，水灰比1：1，注浆压力，初压 0.5～1.0Mpa，终压：1～2MPa

5.1.3 钻孔

①测量放样，在拱顶120°夹角区域内进行布孔，并做好标记。②用YT-28凿岩机进行钻孔，将小导管沿孔打入。

5.1.4 注浆

注浆前先检查封闭掌子面的封闭情况，确保不漏浆，清理干净钢管内积杂物，然后再注浆。注浆顺序由下向上，注浆按单管达到设计注浆量作为结束注浆的标准，或当注浆压力达到1.5Mpa压力不少于20分钟，而进浆量仍达不到设计注浆量时也可结束注浆。

5.2 已开挖段拱部围岩小导管注浆加固

已开挖段拱部围岩注浆加固采用外径42mm，壁厚4.0mm热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，管壁钻6mm压浆孔，尾部1m不设压浆孔。施工时，钢管垂直于喷射混凝土面打入围岩，1.2×1.2m梅花形布置，采用单液注浆，水灰比1：1，注浆压力，初压0.5～1.0Mpa，终压：1～2Mpa，施工工艺与超前小导管工艺相同。